组态软件技术课程设计报告书.docx
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组态软件技术课程设计报告书
《组态软件技术》课程设计报告书
题目：
双容水箱液位监控系统
学院：
信息工程学院
班级：
自动化0604班
姓名：
李云
学号：
06001239
时间：
2009年12月
摘要
随着计算机技术的发展，计算机控制技术在过程控制中占有十分重要的地位。
本设计以双容水箱的液位控制模型为研究对象，采用PID控制算法，并用MCGS组态软件进行上位机组态。
用户窗口包括如下界面：
自控双容水箱、手动双容水箱、历史数据、报警记录、参数及液位变化曲线、消息、下水箱安全报警、下水箱越限报警、上水箱安全报警。
运行策略块包括：
启动策略、退出策略、循环策略、PID控制、上水箱安全报警、下水箱安全报警、下水箱越限报警。
在本设计中，我们可以实现手动及自动的切换，两个水箱水位的控制等功能。
关键字：
MCGS组态软件；PID控制算法；双容水箱液位监控系统
Abstract
Withthedevelopmentofcomputertechnology,computercontroltechnologyinprocesscontroloccupiesanimportantposition.Thedesignofdouble-capacitywatertanklevelcontrolmodelstudiedbyusingPIDcontrolalgorithm,anduseMCGSconfigurationsoftwarehostcomputerconfiguration.Theuserinterfacewindowincludesthefollowing:
controlleddouble-capacitywatertanks,manualdual-capacitywatertanks,historicaldata,alarmrecording,parametersandlevelcurves,news,securitypoliceunderthewatertanks,watertanks,underthemorelimitedthepolice,thesecurityalarmonthetank.Operationstrategyofblockinclude:
Startstrategy,exitstrategies,recyclingstrategies,PIDcontrol,securityalarmonthetanks,watertanks,undersafealarm,watertanks,underthemorealarmlimits.Inthisdesign,wecanachievemanualandautomaticswitch,twowatertankwaterlevelcontrol.
Keywords:
MCGSconfigurationsoftware;PIDcontrolalgorithm;two-capacitywatertanklevelmonitoringsystem
第1章设计要求及目的…………………………………………………………4
1.1设计题目及要求…………………………………………………………4
1.1.1设计题目…………………………………………………………4
1.1.2设计要求……………………………………………………………4
1.2设计目的…………………………………………………………………4
第2章组态软件概述……………………………………………………………4
2.1工控组态软件……………………………………………………………4
2.2MCGS组态软件的概述…………………………………………………5
2.2.1MCGS通用组态软件的特点………………………………………5
2.2.2MCGS组态软件构成………………………………………………6
第3章过程控制系统的结构设计………………………………………………6
3.1系统控制规律选择……………………………………………………6
3.2工程仪表的选择………………………………………………………6
3.3系统流程图……………………………………………………………7
3.4系统方框图……………………………………………………………7
3.5控制系统连接图………………………………………………………7
第4章过程控制系统的组态设计………………………………………………8
4.1实时数据库……………………………………………………………8
4.2建立运行策略组态……………………………………………………9
4.2.1启动策略…………………………………………………………9
4.2.2退出策略…………………………………………………………9
4.2.3循环策略…………………………………………………………10
4.2.4PID控制…………………………………………………………11
4.2.5上水箱安全报警…………………………………………………12
4.2.6下水箱安全报警…………………………………………………12
4.2.7下水箱越限报警…………………………………………………13
4.3主控窗口组态…………………………………………………………14
4.4用户窗口组态…………………………………………………………15
第5章运行………………………………………………………………………20
第6章总结………………………………………………………………………23
参考文献
第一章设计要求及目的
1.1设计题目及要求
1.1.1设计题目
有一双容液位控制系统，目标是实现下水箱液位的控制。
试用MCGS实现其算机控制系统。
1.1.2设计要求
（1）判断计算机通信以及设备工作是否正常；如正常，实时地显示上、下水箱的液位和调节阀的阀位信箱。
（2）可实现自动和手动控制液位。
自动方式下，下水箱液位设定值、采样周期和参数P、I、D都可以修改，并根据修改的数据完成PID控制算法，调节阀开度为控制算法的结果。
手动方式下，调节阀阀门开度可以直接在用户窗口的运行界面中认为设定。
为保证自动和手动控制无扰切换，在切换瞬间调节阀开度不会发生突变，且手动控制方式选，设定值需跟随测量值变化。
（3）当上水箱液位高于30cm火下水箱液位高于20cm时，进行安全报警指示；当下水箱液位越限时，进行越限报警，报警偏差可在运行窗口中修改。
（4）具有显示下水箱液位设定值，上，下水箱液位测量值和乏味变化的实时曲线及历史曲线，打印曲线所在窗口画面的功能；具有下水箱液位设定值、上、下水箱液位测量值和阀位变化的历史数据查询功能，并将其存储到指定的位置。
（5）报警时间记录功能。
（6）采用天辰模拟量输入仪表和模拟量输出仪表作为计算机及双容液位系统进行信息交换的中间设备。
1.2设计目的
（1）通过本次课程设计掌握MCGS组态软件的功能和特点。
（2）通过课程设计掌握MCGS组态软件的系统构成。
（3）应用MCGS组态软件设计一个基于MCGS组态软件的双容水箱液位控制系统演示工程。
（4）通过本次设计，深入了解MCGS在工业应用方面的作用，为今后从事这方面的工作打下一个良好的基础。
第二章组态软件概述
2.1工控组态软件
组态的英文是“Configuration”，组态软件就是用应用软件中提供的工具、方法来完成工程中某一具体任务的软件。
工控组态软件就是指在数据采集和过程控制中使用的专用软件，即在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境下，为用户提供快速构建工业自动控制、系统监控功能的一种软件工具。
组态软件一般用于自动控制系统的监控层，提供了监控层的软件平台和开发环境，通过灵活的组态方式，可使用户快速构建工业自动控制系统监控功能。
组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。
对应于原有的HMI的概念，组态软件是一个是用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。
目前，常见的监控组态软件有美国Wonderware公司的Intouch、Intellution公司的FIX系统、德国Simens公司的WinCC等，国内主要有昆仑公司的MCGS、亚控公司的KingView组态王、三维公司的力控的组态软件。
组态软件的主要使用者是从事自动化工程设计、维护、操作的技术人员，用户在使用组态软件时，可以生成适合自己需要的应用系统，而不需要修改软件程序的源代码。
组态软件具有实时性和多任务性，可以在一台计算机上同时完成数据采集、信号数据处理、数据图形显示、实时数据的存储、历史数据的查询、实时通信等多个任务。
2.2MCGS组态软件的概述
2.2.1MCGS通用组态软件的特点
（1）简单灵活的可视化操作界面。
（2）良好的并行处理功能。
（3）丰富、生动的多媒体画面。
（4）开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。
（5）完善的安全机制。
（6）强大的网络功能。
（7）多样化的报警功能。
（8）实时数据库为用户分布组态提供极大地方便。
（9）支持多种硬件设备，实现组态及“设备无关”。
（10）方便控制复杂的运行流程。
（11）良好的可维护性和课扩充性。
（12）用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。
（13）设立对象元件库，组态软件简单方便。
（14）实现对工控系统的分布式控制和管理。
2.2.2MCGS组态软件构成
MCGS系统包括组态环境和运行环境。
用户的所有组态配置工程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件。
它帮助用户设计和构造自己的应用系统。
运行环境是一个独立独立的运行系统，按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种组态设计的目标和功能。
组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡。
由MCGS生成的用户系统，其结构由主窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据和运行策略五部分构成。
主控窗口是用户应用系统的主窗口。
一般情况下，单机版的用户系统只有一个主窗口，主窗口也是应用系统的主框架，展现工程的总体外观。
设备窗口是MCGS系统及作为测控对象的外部设备建立联系的后台环境，负责驱动外部设备，控制外部设备的工作状态。
用户窗口用来组建系统的图形界面，一个用户应用系统经常根据需要创建多个用户窗口，创建用户窗口后，再根据功能需要放置各种类型的图形对象，定义相应的属性，为用户提供漂亮、生动、具有多种风格和类型的操作界面。
实时数据库是MCGS系统的核心，也是应用系统的数据处理中心，系统各部分均已实时数据库位数据公用区，进行数据交换、数据处理和实现数据的可视化处理。
运行策略是指对监控系统运行流程进行控制的方法和条件，能够对系统执行某项操作和实现某种功能进行哟普条件的约束。
第三章过程控制系统的结构设计
3.1系统控制规律选择
该设计分为手动和自动控制。
在自动控制方式下，系统相应的控制算法有：
双位控制、标准PID控制、带死区的PID控制、积分分离PID控制、不完全PID控制等等。
系统的设计目的是使两个水箱在PID控制算法的调节下，最终趋于供给平衡。
因此，本系统选择PID控制。
3.2工程仪表的选择
计算机、RS485/232转换器、液位变送器、电动调节阀、水泵、手动阀、双容水箱系统。
3.3系统流程图
3.4系统方框图
3.5控制系统连接图
第四章过程控制系统的组态设计
4.1实时数据库
4.2建立运行策略组态
4.2.1启动策略
'进行系统的初始化
op1=20
op2=20
ts1=0.5
p=0.8
ti1=5's
sv1=20
sv2=15
4.2.2退出策略
4.2.3循环策略
脚本程序：
下水箱控制脚本程序如下：
IFcom1=0THEN
通信="设备正常工作"
ELSE
通信="设备停止工作"
ENDIF
e22=e21'上上次偏差
e21=e20'上次偏差
e20=sv2-pv2'本次偏差
pf=p*（e20-e21）'比例作用
ifti1=0then'如果积分时间=0或偏差太大
jf=0'无积分作用
else
jf=p*ts1*e20/ti1'否则计算积分作用
endif
df=p*td1*（e20-2*e21+e22）/ts1'微分作用
zlpid1=pf+jf+df'增量输出
thisop1=op2+zlpid1'位置输出
ifthisop1>=100thenthisop1=100'超出调节器输出上限，调节器输出＝调节器输出上限
ifthisop1<=0thenthisop1=0'超出调节器输出下限，调节器输出＝调节器输出下限
op2=thisop1'为下循环准备
IFpv2=sv2THEN
op2=20
ELSE
op2=thisop1
pv2=pv2+（thisop1-20）*1000/4000'水箱水位=水箱水位+阀位差*1000/水箱面积
ENDIF
IFpv2-sv2>5THEN
alarm2=1
ELSE
alarm2=0
ENDIF
上水箱控制脚本程序如下：
IFpv1>35THEN
pv1=pv1-15
ELSE
pv1=pv1+（op1-op2）*1000/4000
ENDIF
4.2.4PID控制
e22=e21'上上次偏差
e21=e20'上次偏差
e20=sv2-pv2'本次偏差
pf=p*（e20-e21）'比例作用
ifti1=0then'如果积分时间=0或偏差太大
jf=0'无积分作用
else
jf=p*ts1*e20/ti1'否则计算积分作用
endif
df=p*td1*（e20-2*e21+e22）/ts1'微分作用
zlpid1=pf+jf+df'增量输出
thisop1=op2+zlpid1'位置输出
ifthisop1>=100thenthisop1=100'超出调节器输出上限，调节器输出＝调节器输出上限
ifthisop1<=0thenthisop1=0'超出调节器输出下限，调节器输出＝调节器输出下限
op2=thisop1'为下循环准备
4.2.5上水箱安全报警
4.2.6下水箱安全报警
4.2.7下水箱越限报警
4.3主控窗口组态
4.4用户窗口组态
自动控制双容水箱窗口：
历史数据窗口：
报警记录窗口：
消息窗口：
下水箱安全报警窗口：
下水箱越限警报窗口：
上水箱安全警报窗口：
组态参数及液位变化曲线窗口：
手动控制双容水箱窗口：
第五章运行
改变对象参数，重新进行上述过程
PID
第六章总结
通过这次课设，我深层次地学习了MCGS组态软件。
在平时做练习题的基础上，这次考虑地更周全，更细心。
这次不像平时练习时那样仅仅只做一个模块，而是一个更为复杂的系统，实时数据库也比往常多了，画图也有一定难度了，再做这门课设时，我曾遇到好多难以解决的问题，有些是自己解决的，也有些是跟同学一块讨论解决的。
这次课设也让我认识到团队的力量，同学们一块讨论问题解决的相当快。
虽然我完成了这次课设，但我知道我并没有完全掌握MCGS组态软件，因此这就要求或是决定了我以后不能放弃继续学习MCGS。
参考文献
[1]曹辉，马栋萍，王暄等主编．组态软件技术及应用．电子工业出版社
[2]龚运新，方立友编著．工业组态软件实用技术．清华大学出版社
[3]MCGS组态软件用户指南．北京昆仑通态自动化软件科技有限公司
[4]MCGS培训教程．北京昆仑通态自动化软件科技有限公司
[5]MCGS高级教程．北京昆仑通态自动化软件科技有限公司
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